► Prototipado rápido

El prototipado rápido (RP) permite la fabricación rápida de modelos físicos utilizando datos de diseño asistido por ordenador (CAD) en tres dimensiones. El prototipado rápido, que se utiliza en un amplio abanico de sectores, permite a las empresas transformar ideas innovadoras en productos finales de éxito de forma rápida y eficiente.

Las técnicas de prototipado rápido ofrecen múltiples ventajas, entre ellas:

• ü  Comunicación rápida y eficaz de las ideas de diseño
• ü  Validación eficaz del ajuste, la forma y la función del diseño
• ü Mayor flexibilidad de diseño, con la posibilidad de pasar rápidamente por diversas iteraciones de diseño
• ü  Menos errores de diseño de producción y mejores productos finales

► Prototipado rápido – Una historia rápida

Los sistemas de prototipado rápido surgieron en 1987 con la introducción de la tecnología de estereolitografía, un proceso que solidifica capas de polímeros líquidos sensibles a la luz ultravioleta mediante tecnología láser. En los años siguientes se introdujeron otras tecnologías de prototipado rápido tales como: Fused Deposition Modeling (FDM), sinterizado selectivo por láser y fabricación de objetos laminados. Stratasys presentó en abril del 1992 el primer sistema de prototipado rápido 3D de la industria basado en la tecnología FDM. En abril de 2000 Objet presentó los primeros sistemas de prototipado rápido 3D basados en la tecnología PolyJet.

► ¿Cómo funciona el prototipado rápido?

El prototipado rápido, también conocido como impresión 3D, es una tecnología de fabricación aditiva. El proceso comienza tomando un diseño virtual a partir de un software de modelado o de diseño asistido por ordenador (CAD). El equipo de impresión 3D lee los datos del dibujo CAD y aplica capas sucesivas de material líquido, en polvo u en láminas; fabricando el modelo físico a partir de una serie de secciones transversales. Estas capas, que se corresponden con la sección transversal virtual del modelo CAD se unen automáticamente para crear la forma final.

El prototipado rápido utiliza una interfaz de datos estándar, implementada como formato de archivo STL, para traducir los datos desde el software de CAD al equipo de prototipado 3D. El archivo STL aproxima la forma de una pieza o conjunto mediante facetas triangulares.

Normalmente, los sistemas de prototipado rápido son capaces de fabricar modelos 3D en cuestión de horas. No obstante, esto puede variar ampliamente, dependiendo del tipo de máquina que se utilice y del tamaño y número de modelos que se estén fabricando.

► Técnicas o Métodos de Prototipado rápido

La Impresión 3D (también conocida como Fabricación por Adición) se utiliza con frecuencia en el prototipado. Esta técnica rápida de prototipado resulta en una mejor relación calidad/precio y en una producción más rápida de piezas que las técnicas tradicionales de prototipado.

La Estereolitografía fue uno de los primeros procesos de prototipado rápido. Después, se desarrollaron nuevas tecnologías y procesos. En la actualidad, cuando hablamos de prototipado rápido 3D, nos referimos a distintos tipos de tecnologías de impresión 3D como Deposición de Plástico Fundido (FDM), Sinterización Láser Selectiva, Laminación de Deposición Selectiva (SDL), Inyección de Vinculación, Inyección Triple (Polyjet), Procesamiento de Luz Digital (DLP), Fusión por Haz de Electrones (EBM)..

1. 1.    Deposición de Plástico Fundido (FDM)
2. Esta técnica de prototipado rápido resulta en cualidades de menor calidad que la tecnología SLS pero es más rápida ya que puede realizarse a domicilio o en una compañía a un coste razonable. No se utiliza polvo en este proceso, sino que se calienta un filamento plástico y se funde dentro de la boquilla de extrusión. Una vez depositado en la bandeja, el polímero se solidifica enfriándose y se adhiere a la siguiente capa.
3. 2.    Laminación de Deposición Selectiva (SDL)
4. Esta técnica utiliza el principio de las capas pero de una manera diferente. Un láser corta una forma en una hoja de papel como un patrón. Entonces se añade una nueva capa de papel y se corta. La pieza final puede ser de un tamaño mucho más grande de lo que puede conseguirse con la técnica SLS. El producto final parece madera.
5. 3.    Reacción de Vinculación
6. La técnica de Inyección de Vinculación produce impresión 3D al proyectar un agente vinculante sobre capas delgadas de polvo, y se pueden crear impresiones 3D multicolor. No se emplea el láser para unir el material; en vez de ello se utiliza el agente coloreado unificador para crear una capa teñida.
7. 4.    Inyección Triple (Polyjet)
8. Esta técnica es la versión más avanzada de la tecnología Polyjet ya que se pueden imprimir tres materiales diferentes en 3D, lo que permite mezclar muchos colores.
9. 5.    Procesamiento de Luz Digital (DLP)
10. Esta técnica de impresión 3D utiliza un proyector para solidificar los fotopolímeros. Muy similar al SLA, este proceso se diferencia por utilizar una lámpara en vez de un rayo láser UV. Los objetos impresos con esta tecnología tienen superficies más lisas, a diferencia de otros métodos como FDM/FFF. Comparado al SLA, DLP es más rápido (y menos caro).
11. 6.    Fusión por Haz de Electrones(EBM)
12. Esta técnica de impresión rápida utiliza un haz de electrones para fundir el polvo metálico capa a capa. Las propiedades del material son tan buenas o mejores que las de las piezas hechas mediante modelado. Si quieres ejemplos de máquinas de prototipado rápido, no dudes en consultar nuestra página en 3D tecnologías de impresión.

7.    Esterolitografía (SLA): Proceso de fabricación por adición que utiliza resina que cura mediante luz ultravioleta en un tanque, para construir los objetos. El resultado son objetos tridimensionales, obtenidos mediante la adición de finas capas que va trazando el láser y que son impresas una encima de otra.

Una vez que la pieza tridimensional se ha completado, ésta se sumerge en un baño químico que retira el exceso de resina y, posteriormente, curada en un horno de luz ultravioleta. Esta técnica necesita estructuras para soportar la pieza a la plataforma de elevación de forma que se evite la deflexión por gravedad. Los soportes suelen ser generados automáticamente durante la preparación del modelo por ordenador CAD, aunque podrían requerir intervención manual.

8.    Sinterización selectiva por láser (SLS): La producción de objetos mediante esta técnica requiere el uso de un láser de alta potencia para fusionar pequeñas partículas de plástico, metal, cerámica o cristal en una forma tridimensional.

El láser fusiona el material en forma de polvo en una cubeta mediante el barrido de finas capas transversales que generan el objeto. La información dimensional de la pieza proviene de un archivo informático, generado o previamente escaneado. Una vez que la sección transversal se va formando, la cubeta de polvo desciende y una nueva capa de material es añadida. El proceso es así repetido tantas veces como capas se necesiten fundir hasta crear el objeto tridimensional.

Al contrario que en otros procesos de fabricación por adición, como la estereolitografía y deposición de hilo fundido, esta técnica no necesita de soportes ya que la parte sinterizada está todo el tiempo rodeada de polvo que actúa de soporte.

9.    Fabricación por corte y laminado (LOM): Esta técnica utiliza el material en estado sólido. En lugar de partir de un líquido como en la estereolitografía, o de un material en polvo como en el sinterizado selectivo por láser, en este caso se parte del material en estado sólido que se mecanizará. Los materiales que puedes usar aquí son papel, cartón, madera e incluso plástico laminado en rollos.

La fabricación por corte y laminado se realiza a través de superponer y pegar sucesivamente láminas de material cortadas por láser. El láser corta los contornos de la pieza en la capa en la que se sitúe, las zonas en las que no hay material de pieza se cortan en cuadrículas para facilitar su eliminación más tarde y finalmente, se coloca otra nueva capa de papel y se repite el proceso hasta tener el prototipo.

10. Deposición por hilo fundido (FDM): En este proceso se utiliza una técnica aditiva, depositando el material por capas, que conformaran la pieza. Un filamento plástico o metálico que inicialmente se almacena en rollos, se introduce en una boquilla, que se encuentra por encima de la temperatura de fusión del material y puede desplazarse en tres ejes controlada electrónicamente. La pieza es construida con finos hilos del material que se solidifican inmediatamente después de salir de la boquilla.

Los materiales que puedes utilizar con esta técnica son Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), Poliácido láctico (PLA), Policarbonato, Policaprolactona (PCL), Polifenilsulfona (PPSU), Polieterimida (PEI), Chocolate y otros alimentos para uso en repostería y Acetato de polivinilo (PVA) utilizado para soportes hidrosolubles.

11. Moldeo por inyección: Esta técnica es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero, cerámico o un metal fundido, en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. Una vez solidificado el material, La pieza o parte final, se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

Los moldes son construidos de aceros especiales de alta resistencia para que altas presiones de cierre y de inyección. Este proceso es ambientalmente más favorable comparado con la fabricación de papel, la tala de árboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido.

► Video complementario